Как 3D принтеры используются в судостроительстве

На 3D принтере можно изготавливать трехмерные модели кораблей. Модели кораблей широко используются в судостроении для создания прототипов кораблей, а также в обучении инженеров и студентов других специальностей в качестве личных проектов. Для чего еще нужны модели судов и какое значение в их производстве играет 3D печать - разбираемся в этой статье

Содержание

• Типы моделей кораблей – значение моделей кораблей на рынке
• Влияние 3D принтеров на производство моделей кораблей
• Какие процессы могут заменить 3D принтеры
• Изменения процесса с появлением 3D печати
• 3D технологии в индустрии
• Технологии 3D печати для производства моделей кораблей
• Заключение

3D печать моделей кораблей не имеет ограничений, связанных с традиционными методами производства. 3D принтер может создавать модели с облегченной и прочной конструкцией, которые помимо своей сложности имеют и другое преимущество в виде низкой стоимости производства.

Но на этом возможности 3D печати для судостроительной отрасли не заканчиваются. Аддитивное производство позволяет решить такие задачи:

1. Тестирование различных версий за разумную цену.

2. Производство запасных частей и очень больших моделей кораблей.

3. Создание рекламной и выставочной продукции для клиентов.

4. Создание прототипов кораблей перед началом строительства реальных объектов.

Судостроительная промышленность входит в число крупнейших секторов мира, поскольку она удовлетворяет логистические запросы отдельных компаний и даже стран.

С зарождения цивилизации и до настоящего времени люди демонстрировали свое деловое чутье за ​​пределами континентальных жилищ, а многочисленные океаны и моря выступали в качестве влиятельного барьера. И хотя компас и другие навигационные инструменты играют решающую роль в передвижении и транспортировке между границами, их надежность так же важна, как конструкция корабля.  

Судостроение находится на вершине транспортного сектора. Проще говоря, потребность в высокотехнологичных и индивидуально адаптированных кораблях продолжает расти, и для кораблестроителя очень важно быть в курсе всех новейших инструментов и технологий, которые могут легко упростить этот процесс.

В этой статье мы расскажем о возможностях, которые 3D принтеры предлагают судостроителям и их потенциале как инструмента судостроения.

Типы моделей кораблей – значение моделей кораблей на рынке

Судостроители прекрасно знают тонкости и сложности постройки корабля. Будь то простой корабль для рыбалки или перевозки небольших грузов через границы, или гигантский военный крейсер, для которого важны не только военная мощь, но и дизайн. Учитывая растущую потребность в более гибких и сложных моделях кораблей, важно выделить основные типы моделей кораблей.

Статическая модель

Скорее всего, вы когда-нибудь видели статическую модель корабля на выставке, в музее или, возможно, у друга на полке. Статические модели кораблей для коллекционирования и демонстрации практически не имеют отношения к открытому морю. Эти модели предназначены в основном как подарочные изделия или музейные экспонаты в память о каком-либо событии.

Подобные модели, напечатанные на 3D принтере, можно приобрести в разных сувенирных магазинах. Хотя статическая модель с может показаться недорогой и менее сложной в проектировании и создании, это мнение не всегда соответствует действительности.

Искусство проектирования статической модели корабля для коллекционирования и демонстрации довольно сложное, особенно если вы не обладаете навыками в этом искусстве или не имеете инструментов, необходимых для проектирования и изготовления модели. Самый простой способ создать статическую модель корабля — использовать 3D принтер. 3D печать модели корабля помогает упростить производственный процесс: избавить от ошибок проектирования и сделать производственный процесс быстрым и точным.

Динамическая модель корабля с дистанционным управлением

Динамические модели кораблей включают в себя множество вариантов кораблей, используемых в разных секторах по всему миру. Динамические модели довольно дороги и требуют значительных бюджетов. Проектирование и реализация, необходимые для создания динамической модели корабля, — это не то, с чем человек может справиться самостоятельно. Для изготовления динамической модели стоит обратиться к специализированным компаниям, например, действующим судостроительным организациям.

Проектирование динамичного корабля с дистанционным управлением требует знаний инженеров с глубокими навыками судостроения. И хотя используемые процессы и этапы могут отличаться от статических моделей, использование 3D принтеров помогает справиться с теми же задачами, что и при изготовлении статических моделей.

Лодки и подводные лодки с дистанционным управлением, которые широко используются во многих отраслях промышленности, когда-то представляли собой простые конструкции, распечатанные на 3D принтерах. Аддитивное производство помогает воплощать проекты в жизнь, подчеркивая те факторы, которые обычные методы иначе не позволяли обнаружить.

Влияние 3D принтеров на производство моделей кораблей

Индустрия судомоделирования не всегда была такой оживленной и динамичной, как сегодня. Технологии 21-го века привнесли много нового в судостроительную промышленность. Чтобы понять, насколько оценимый вклад аддитивное производство внесло в индустрию, рассмотрим основные этапы производства кораблей.

Первоначальный производственный процесс

Процесс производства морских и речных судов - это длительный и сложный процесс. Традиционное производство от проектирования до сдачи имеет свои особенности.

Дизайн. Каждый корабль, который сейчас бесстрашно плывет по океану, когда-то был безрассудным проектом кораблестроителя. Форма корпуса и компоновка корабля определяются на стадии проектирования. На этом этапе также проводятся исследования и разработки, необходимые для реализации проекта.

Планирование производства. У вас есть вероятный проект для работы, но что дальше? Пришло время детального планирования. Проектирование корабля требует финансирования для оптимизации процесса. На этом этапе собираются средства, привлекаются инвесторы, а рабочие и производственные графики разрабатываются в соответствии с основными производственными требованиями.

Появление стали. Да, появление стали — один из многих этапов производства, который празднуют судостроители. Строительство корабля — дорогостоящее предприятие, требующее стали разных размеров и форм. Прибытие столь необходимой стали с металлургического завода на корабле стоит того, чтобы отпраздновать.

Грунтовка. Нельзя ожидать, что даже самый опытный кораблестроитель завершит проектирование и разработку корабля в течение месяца. Перед началом работ необходимо обработать сталь для предотвращения коррозии.

Резка стали. Если до этого процесс строительства был представлен в основном на бумаге, то сейчас начинается тяжелая работа. Пришло время придать стали форму в соответствии с дизайном. Резка стали – это первый этап производства. Существует множество инструментов для резки или придания формы стали, выбор верного метода зависит от особенностей конкретного материала.

Обработка стали. Из стали соответствующей формы формируются детали корпуса.

Линия производства панелей. Панели для корпусных блоков эффективно производятся с использованием специальной производственной линии.

Сборка. Когда блок корпуса готов, инженеры получают конструкцию для дальнейшей работы. Пришло время собрать множество частей, которым до этого придали определенную форму.

Блочная сборка. После сборки одного узла становится возможной блочная сборка.

Оснащение блоков. Пришло время представить множество вариантов дизайна интерьера, которые планируется разместить на корабле. На этом этапе в блоки также монтируются трубы и оборудование.

Соединение блоков на доке. На этом этапе блоки корпуса соединяются на доке. Гигантский кран-голиаф является символом верфи, то есть символом того, что корабль готов к испытаниям.

Морские испытания. Испытания корабля подтверждают, стоили ли потраченные на производство время и усилия, или нужно будет провести некоторые работы, прежде чем корабль будет готов к выходу в море. В любом случае, процесс испытаний подтверждает характеристики корабля.

Церемония присвоения имени и сдачи. После завершения всех строительных процедур проводится церемония присвоения имени и сдачи судна, и корабль передается владельцу. Это завершает процесс производства.

Какие процессы могут заменить 3D принтеры

Теперь, когда мы ближе познакомились с процессом судостроения, пришло время поговорить о том, какие процессы могут заменить 3D принтеры на производственной линии? Вот некоторые из основных процессов, которые 3D принтеры помогают заменить судостроителям.

Проектирование. Невозможно построить корабль, не создав предварительно схему его конструкции. И среди многих процессов, связанных с судостроением, создание проекта, соответствующего цели клиента, является самым трудным.

К счастью, 3D принтеры максимально упростили этот процесс. Проектирование 3D печатной модели корабля на этапе прототипирования дает вам преимущество. Это помогает четко визуализировать проект, устраняя разрыв между ожиданиями клиента и реальными возможностями.

Планирование производства. При строительстве корабля этап планирования никогда не выполняется одним человеком. В большинстве случаев в проекте участвуют несколько судостроителей, каждый из которых взвешивает идеи и предлагает возможные решения. А поскольку большинство предварительных обсуждений, происходящих на этом этапе, лишены описаний в реальном времени, мысленные образы и аналогии считаются наиболее жизнеспособным методом понимания всех многочисленных идей, возникающих в ходе этого процесса.

Традиционные методы планирования производства отнимают не только время, но и растягивают бюджет. Однако с помощью 3D печатной модели можно взвесить возможные результаты и сократить время, необходимое для планирования производства. Проще говоря, 3D печать модели корабля или парусника на этапе планирования ускоряет производство.

Быстрое прототипирование. Некоторые верфи используют 3D печать для быстрого прототипирования. Независимо от того, насколько хороша виртуальная модель, иногда наиболее эффективным способом передать дизайн является 3D печать той части модели корабля, которую вы хотите создать.

Вместо того, чтобы производить детали из металла, что, вероятно, займет два-три месяца, можно создать 3D печатную модель корабля и поместить ее на макет. Быстрое создание прототипа или проверка концепции для реального использования может сэкономить время, деньги и рабочую силу.

Запасные части. В настоящее время ни один корабль не может перевозить большое количество запасных частей в море. Представьте себе, если бы на корабле был установлен 3D принтер и доступна 3D модель всего корабля в формате CAD. Если какая-то деталь (столь сложная, как насос, или такая простая, как прокладка или болт) выйдет из строя, можно распечатать эту деталь в относительно короткие сроки. Стратегия запасных частей для 3D печати аналогична стратегии, которую NASA использует для исследования космоса.

Многочисленные инициативы и проекты подталкивают отрасль к внедрению бортовых 3D принтеров, которые делают плавание более безопасным, надежным и самодостаточным, особенно в чрезвычайных случаях, когда необходим ремонт непосредственно в море.

Техническое обслуживание. Хотя не все компоненты военных кораблей могут быть изготовлены с использованием 3D печати, их техническое обслуживание и ремонт возможны с помощью этой технологии, что делает весь процесс более автоматизированным и экономически эффективным. Одним из наиболее популярных методов в таких процессах является производство деталей из порошковых материалов.

Изменения процесса с появлением 3D печати

Мировая судостроительная промышленность сохраняет устойчивый рост, главным образом благодаря увеличению международного импорта и экспорта в последние десятилетия. Эта отрасль отвечает за строительство крупных коммерческих судов, предназначенных для торгового флота (грузового или пассажирского транспорта), нефтеконтейнеровозов и военных кораблей.

Таким образом, судостроение играет решающую роль в региональном и глобальном экономическом развитии. Одна из последних тенденций мировой судостроительной отрасли заключается в применении технологии 3D печати в процессе производства судов для повышения эффективности и качества продукции. Ожидается, что 3D печатные модели кораблей будут способствовать росту мировой судостроительной отрасли в течение следующих 4-5 лет.

Что же изменилось с появлением 3D принтеров в производственном процессе?

Изменение традиционной цепочки поставок

До внедрения 3D принтеров в моделирование судов судоходная отрасль вращалась вокруг неэффективной и жесткой цепочки поставок, что препятствовало производству и росту во многих направлениях.

Но поскольку 3D печатные модели кораблей становятся все более приоритетными, судостроители стремятся разрушить существующие цепочки поставок морских деталей, в результате чего существующий неэффективный и жесткий процесс заменяется индивидуальным, более эффективным процессом.

Снижение затрат, времени и воздействия на окружающую среду

В предыдущем разделе мы выделили процессы и процедуры, связанные с судостроением. И среди многих факторов время и стоимость эксплуатации играют важную роль в долговечности и эффективности процесса.

До того, как 3D принтеры заняли одно из главных мест производства, оценка средней стоимости и времени, необходимых для реализации проекта, была серьезной проблемой. Но сейчас такие вопросы кажутся неактуальными. С помощью 3D печатной модели лодки или 3D печатной яхты судостроители могут эффективно сократить затраты на производство и время, необходимое для реализации конкретных проектов.

Упрощение процессов

Хотя 3D-печатные модели кораблей могут оказать влияние на всю отрасль, именно нишевые приложения на рынке больше всего выиграют от их широкого внедрения. Например, торговые суда или контейнеровозы, которые оснащены энергосберегающими устройствами, выиграют от более экономичного процесса тестирования. Оптимизация этих деталей была бы чрезвычайно дорогой, если бы она выполнялась традиционными способами производства, однако с 3D печать процесс стал быстрее и проще.

Снижение веса кораблей

Одним из основных преимуществ использования аддитивного производства в производстве кораблей является то, что разрабатываемые моели могут быть легче и быстрее. Это связано с тем, что 3D принтеры печатают с заполнением от 10% до 30%, в результате чего получаются полые конструкции: легкие, но при этом очень прочные.

Более легкие лодки, напечатанные на 3D принтере, также лучше сбалансированы и движутся быстрее. Имея 3D печатную модель корабля, судостроителям не составит труда использовать материалы, которые позволят создавать и разрабатывать более легкие 3D модели лодок и кораблей.

Снижение отходов

Традиционные субтрактивные методы производства лодок, такие как фрезерование на станках с ЧПУ, требуют большого количества материалов, что приводит к высокому уровню отходов. Напротив, модели и детали, напечатанные на 3D принтере, имеют меньше отходов и их дешевле производить.

3D печатные модели кораблей сводят к минимуму отходы: используется только то, что необходимо для детали, а излишки материала можно повторно использовать в других заданиях по печати. Обычно на верфи потери сырья составляют от 15 до 20 процентов. При использовании 3D печати эта цифра составляет около 2 процентов, так что это огромная экономия материалов, огромная экономия труда.

Ремонт быстрее и дешевле

3D печатные модели кораблей можно использовать для эффективного производства запасных частей корабля. Этот метод уже давно используется в автомобильной промышленности и доказал свою эффективность. Преимущества очевидны, поскольку детали корпуса корабля часто повреждаются и загрязняются в море, а 3D печать обеспечивает более быстрый ремонт по более низкой цене.

Вместо того, чтобы идти в магазин и покупать детали, доставка которых занимает несколько дней, вы можете распечатать деталь на 3D принтере из своего гаража или студии. А оборудование, установленное на крупных морских судах может производить детали непосредственно в пути.

3D технологии в индустрии

Согласно недавнему исследованию рынка, глобальная индустрия 3D печатных моделей кораблей, по прогнозам, выросла на 13,14 млрд долларов США в период с 2019 по 2023 год, при этом среднегодовой темп роста составит более 2% в течение прогнозируемого периода. Одним из ключевых факторов, способствующих глобальному росту индустрии 3D печатных моделей лодок, является рост международной морской торговли. Быстрая индустриализация и либерализация экономики в сочетании с растущим спросом на потребительские товары являются одними из основных причин стимулирования торговли на мировом рынке.

Достижения в области технологий являются еще одним фактором, способствующим росту индустрии 3D печати в судостроении. Такие факторы, как повышение топливной эффективности и многотопливные двигатели, сделали морские перевозки эффективным методом транспортировки, который по прогнозам вызовет более высокий спрос в мировой судостроительной отрасли.

Что касается крупнейших стран-судостроителей, то хотя Европа и остается важнейшим рынком для производства круизных судов, в отрасли доминируют страны Восточной Азии, поскольку Китай, Япония и Южная Корея являются крупнейшими странами-производителями 3D печатных моделей в мире. В число ведущих мировых компаний, использующих 3D печать для парусных лодок, входят Hyundai HI, Daewoo Shipbuilding, China State Shipbuilding Corp. и Samsung HI.

Технологии 3D печати для производства моделей кораблей

Внедрение корабельных 3D принтеров в судостроение — одна из основных тенденций, наблюдаемых на мировом рынке. 3D печатные модели кораблей подвергаются контролируемому компьютером процессу, в ходе которого материалы последовательно наслаиваются, образуя объекты.

Поскольку применение технологии 3D печати моделей кораблей, особенно в судостроении, может принести новые подходы к производству большого количества компонентов корабля, судостроительная отрасль все чаще применяет эту технологию для повышения эффективности и качества изготавливаемых деталей. Ожидается, что 3D печатные модели кораблей улучшат стандарты проектирования в мировой судостроительной отрасли.

DMLS

Один из самых простых способов спроектировать 3D печатную модель корабля — использовать прямое лазерное спекание металла (DMLS). Это процесс аддитивного производства, в котором в качестве источника энергии используется лазер для спекания порошкового металла в пространстве, определенном 3D моделью. Этот метод позволяет связать металлический материал вместе, чтобы создать прочную структуру с высокой плотностью.

FDM

Еще одним распространенным применением 3D технологии в судостроении является моделирование методом наплавления (FDM) для производства деталей корабля, которое предполагает использование нагреваемого экструдера, который подает расплавленный материал и последовательно, слой за слоем формирует деталь. Эта технология в основном используется для быстрого создания нестандартных предметов без необходимости использования дорогостоящих инструментов.

В судостроительной промышленности такие инструменты могут быть использованы для производства и поставки деталей корабля с меньшими затратами и меньшим воздействием на окружающую среду. Ведущая в мире компания по производству танкеров Maersk Tankers уже установила на своих судах оборудование для 3D печати, чтобы судно могло печатать свои собственные детали на борту, а не перевозить их на корабль.

Более того, 3D печатные модели кораблей широко используются в сочетании с 3D моделью CAD для создания цеховых прототипов в процессе проектирования.

3D модель корабля, точная модель судна, может использоваться в качестве идеального решения для гидростатических или других испытаний в бассейне или другой реальной среде в качестве дополнения к компьютерному анализу. Считается, что в ближайшем будущем мировая судостроительная отрасль будет внедрять все больше и больше приложений 3D печати.

Заключение

Судостроение является перспективной отраслью для внедрения 3D печати. Возможности аддитивного производства позволяют оптимизировать процесс создания кораблей с момента проектирования и проведения испытаний до производства отдельных компонентов и изготовления запчастей.

Создание модели корабля, напечатанной на 3D принтере, — это первый шаг к созданию динамичных моделей кораблей. Судостроительная отрасль пользуется множеством потрясающих возможностей в области проектирования и прототипирования благодаря уникальным свойствам и функциям, которые предлагает аддитивное производство.

3D печать предлагает судостроительной отрасли новые возможности для оптимизации рабочего процесса и облегчения задач, на выполнение которых в традиционном процессе уходит много времени.

Наши предыдущие статьи: